Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine gleichmäßige Oberflächenstruktur auf einem Werkstück oder Bauteil definiert einstellen läßt und mit welchem auf einfache Weise präzise Oberflächen mit vorgegebener Topographie und Rauhtiefe kostengünstig herstellbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Werkstückoberfläche aus einem galvanischen oder außenstromlosen Bad, in welchem Teilchen von definierter Form und Größe aus Metall und/oder einer Metalllegierung und/oder Keramik und/oder Oxiden und/oder Nitriden und/oder Karbiden und/oder Boriden und/oder Siliciden und/oder Sulfaten und/oder Kunststoff und/oder Diamant und/oder Graphit und/oder Glimmer entweder einzeln oder als Gemisch zweier oder mehrerer dieser Teilchenspezies suspendiert sind, mittels Dispersionsabscheidung eine Schichtmatrix aus Metall und/oder Metalllegierung mit darin eingelagerten Teilchen so abgeschieden wird, daß die in die abgeschiedene Schichtmatrix fest eingebetteten Teilchen teilweise noch aus der Oberfläche herausragen. Werden Teilchen aus einem elektrisch leitenden Material eingesetzt, müssen diese Teilchen, um abgeschieden werden zu können, zuvor einer Mikroverkapselung mit einem elektisch nicht leitenden Material, vorzugsweise einem Kunststoff, unterzogen werden.

Bevorzugte oxidische Teilchen sind solche aus Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Titandioxid, bevorzugte Karbidteilchen sind z.B. aus Hartstoffen wie Siliciumcarbid und/oder Titancarbid, bevorzugtes Nitrid ist Bornitrid, beispielhafte Kunststoffe sind z.B. Polytetrafluorethylene (PTFE).

Die Ausbildung der gleichmäßigen definiert eingestellten Oberflächenstruktur mit gemäß Vorgabe definiert einstellbarer Rauhtiefe erfolgt über die während der galvanischen Abscheidung stattfindende Einlagerung der Partikel in die sich ausbildende Schichtmatrix. Unter Rauhtiefe wird hierbei die größte Abweichung des Istprofils vom geometrisch-idealen Profil für die Werkstück- oder Bauteiloberfläche verstanden, d.h. der größte Abstand zwischen den Spitzen und Tiefen der Oberfläche innerhalb einer Bezugsstrecke. Sie wird nach DIN 4762 bestimmt.

Die Rauhtiefe und Topographie der Oberfläche wird vom Verbraucher/Kunden/Anwender vorgegeben. Beispielsweise stellt sich in der Druckindustrie beim beidseitigen Drucken von Hochglanzprospekten oder -katalogen das Problem, aus verfahrensökonomischen Gründen die Rüchseite schon bedrucken zu müssen, wenn die Vorderseite noch druckfeucht ist. Diese noch feuchte Seite muss dann von der Walze (Druckzylinder) so mitgeführt werden können, dass zum einen keine Seitenreibung auftritt, was zum „Verschmieren" der schon bedruckten, aber noch feuchten Seite führen würde, zum andern darf die Oberflächentopographie der Walze nicht so beschaffen sein, dass die dann bedruckte Rückseite bzw. das Papier nach dem Trocknen sichtbare Druckspuren oder gar Perforationen aufweist. Die Oberflächentopographie der Druckwalze erfordert daher eine mehr oder weniger „spitz" zulaufende Form der aus der Walzenoberfläche herausragenden Teilchen, um eine reibungsfreie Mitführung des einseitig bedruckten, noch feuchten Papiers zu gewährleisten, wobei andererseits aber eine genügend hohe Flächendichte der Teilchen mit geeigneter Rauhtiefe eingehalten werden muss, damit nachher keine Druckspuren erkennbar sind. Diese Anforderungen an die Oberflächentopographie einer Druckwalze lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne größeren Aufwand erbringen.

Unter Topographie wird hierbei das Oberflächenrelief verstanden, welches von den aus der Oberfläche herausragenden, auf dieser gleichmäßig verteilten, die Rauhtiefe bestimmenden Teilchen gebildet wird. Unter Oberflächenstrukturierung im Sinne der Erfindung wird die Gesamtheit von Topographie, Rauhtiefe, Teilchenform und Teilchenzahl pro Flächeneinheit (Teilchendichte) verstanden.

Die Form der im galvanischen Bad zu suspendierenden Teilchen richtet sich daher nach der vom Verbraucher gewünschten Oberflächentopographie. Die Form kann sphärisch, ellipsoid, kubisch, quaderförmig oder unregelmäßig sein, wie sie gemahlene oder gebrochene Teilchen gewöhnlich aufweisen.

Die Größe der im galvanischen Bad zu suspendierenden Teilchen richtet sich nach der gewünschten Rauhtiefe. Diese liegt gewöhnlich im Bereich von 5 bis ca. 30 &mgr;m. Da es nur bei einer Kugelgestalt als rotationssymmetrischem Körper einen einzigen Durchmesser gibt, wird für die anderen oben genannten Formen zur Auswahl der gewünschten Teilchengröße immer der größte Durchmesser herangezogen. Dieser (ebenso wie der Kugeldurchmesser) ist so zu wählen, daß er das 1,5- bis 3-fache, vorzugsweise das 2- bis 3-fache der vorgegebenen Rauhtiefe beträgt.

Im bisherigen Stand der Technik wurde die Dispersionsabscheidung noch nicht zur Erzielung einer Oberflächenstrukturierung eingesetzt, auch wurden mittels Dispersionsabscheidung – ob galvanisch oder außenstromlos – bisher nur elektisch nichtleitende bzw. nichtmetallische Partikel als disperse Phase mit der Schichtmatrix abgeschieden. Überraschend hat sich nun gezeigt, daß sich auch metallische, an sich stromleitende Partikel abscheiden lassen, wenn diese während der Dispersionsabscheidung in (nicht leitende) Mikrokapseln eingeschlossen sind. Der Einsatz von Mikrokapseln ist in der Galvanotechnik seit langem bekannt. Hierbei wurden insbesondere mehr oder weniger flüssige oder gasförmige Inhaltsstoffe, wie z.B. Farbstoffe (Selbstdurchschreibepapier) oder Motoröl (Schmiermittel) in Mikrokapseln aus Polymermaterial eingeschlossen und mittels Dispersionsabscheidung abgeschieden, um dann in der abgeschiedenen Oberfläche, ggf. erst nach teilweiser Abrasion des auf der Oberfläche abgeschiedenen Matrixmaterials, durch Reibkontakt mit einem Gegenkörper zerstört zu werden und ihren Inhalt freizusetzen.

Da erfindungsgemäß die Mikroverkapselung mit Polymermaterial nur während der Dispersionsabscheidung von elektrisch leitenden Teilchen aufrechterhalten werden muß und für die spätere Verwendung des Werkstücks oder Bauteils mit der dann definiert eingestellten Oberflächenrauhigkeit nicht mehr gebraucht wird, kann das dann auf den aus der Oberfläche herausragenden metallischen Teilchen noch anhaftende Polymermaterial der Mikrokapseln vor seinem bestimmungsgemäßen Einsatz durch einfaches Reiben leicht entfernt werden, zumal die Wandstärke dieser Mikrokapseln nur wenige Nanometer beträgt. Als Material für eine derartige Mikroverkapselung können Gelatine, Stärke, Cellulose, Polyester oder Melamin-Harze dienen, die sich in der Galvanotechnik bereits bewährt haben. Bevorzugtes Material ist ein Melamin-Formaldehyd-Harz.

Das zu beschichtende Werkstück oder Bauteil kann in seinem Kern auch nichtleitend sein, es muß zur Abscheidung jedoch eine leitende Oberfläche aufweisen. Vor der galvanischen Dispersionsabscheidung liegt das Werkstück oder Bauteil hinsichtlich seiner Oberflächenrauhheit und -struktur in dem entsprechend seinem Herstellungsprozeß (gedrehte Oberfläche bei Drehteilen, Gußoberfläche bei Gußwerkstücken, geschliffene Oberfläche bei mechanischer Bearbeitung) erhaltenen Originalzustand vor. Zur galvanischen Dispersionsabscheidung muß die Bauteiloberfläche nur noch in der in der Galvanotechnik üblichen Weise entfettet und aktiviert (dekapiert) werden. Einer weiteren Vorbehandlung bedarf es in der Regel nicht. Ggf. kann eine mechanische Behandlung zum Aktivieren bzw. zum Einhalten geforderter maßlicher Toleranzen erfolgen. Die gezielt gleichmäßige Oberflächenstruktur mit definiert eingestellter Rauhtiefe wird jedoch ausschließlich mittels galvanischer oder außenstromloser Dispersionsabscheidung erzeugt.

Als galvanische Bäder können alle in der Galvanotechnik bekannten Elektrolyte für die galvanische Abscheidung von Metallen und/oder Metalllegierungen zum Einsatz kommen. Als Abscheidungselektrolyte bevorzugt sind: Chrom- und Chromlegierungselektrolyte, sowohl als schwefelsaurer als auch mischsaurer Typ (d.h. Mischung von Schwefelsäure und Hexafluorokieselsäure); Nickel- und Nickellegierungselektrolyte; Cobalt- und Cobaltlegierungselektrolyte; Kupfer- und Kupferlegierungselektrolyte; Edelmetall- und Edelmetalllegierungselektrolyte; Zink- und Zinklegierungselektrolyte. Besonders bevorzugt sind Nickel- und Chromelektrolyte.

Die Schichtdicken für die mittels Dispersionsabscheidung gebildeten Überzüge liegen vorzugsweise im Bereich von mindestens 7,5 bis ca. 35 &mgr;m, d.h. sie belaufen sich auf mindestens 50 bis 90%, vorzugsweise 50 bis 75%, des größten Durchmessers der Teilchen. Neben der oben beschriebenen Auswahl für Größe, Form und Zusammensetzung der Teilchen sind bevorzugte Parameter, mit denen sich die Oberflächenstruktur und/oder Rauhtiefe während der Dispersionsabscheidung einstellen lassen:

die Zusammensetzung des Elektrolyten;

die Viskosität des Elektrolyten;

die Expositionszeit des zu beschichtenden Werkstücks/Bauteils im Elektrolyten, d.h. die Abscheidungsdauer;

die Abscheidungstemperatur,

die kathodische Stromdichte im Elektrolyten;

der pH-Wert;

das Elektrodenmaterial und die Elektrodenabstände;

die Hydrodynamik des Elektrolyten;

der Grad der Rotation des zu beschichtenden Werkstücks/Bauteils; sowie

die Konzentration der Partikel und deren Suspensionsgrad im Elektrolyten.

Alternativ kann die Abscheidung auch aussenstromlos mit Chemisch Nickel oder Chemisch Kupfer (bzw. mit Legierungselektrolyten derselben) nach im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen.

Die Partikelkonzentration im Elektrolyten soll mindestens 5 g/l betragen und kann biszu 40 g/l reichen; bevorzugt ist eine Konzentration von 10 bis 20 g/l. Zusammen mit der Rotationsgeschwindigkeit des zu beschichtenden Werkstücks läßt sich mit der Partikelkonzentration die Flächendichte, d.h. die pro Flächeneinheit zusammen mit der Schichtmatrix abgeschiedene Anzahl von Teilchen regulieren, während die Gleichmäßigkeit, mit der die Teilchen abgeschieden werden, mit der Hydrodynamik der Elektrolytumwälzung in Korrelation steht, welche dafür sorgt, daß die Teilchen im Elektrolyten möglichst gleichmäßig in Suspension gehalten werden.

Falls die vom Anwender erwünschte Dicke für die auf das Werkstück/Bauteil aufzutragende Gesamtschicht nicht mit den obigen Bedingungen für die Schichtmatrixdicke aus der Dispersionsabscheidung vereinbar ist, die sich ja direkt nach der Partikelgröße und diese wiederum nach der gewünschten Rauhtiefe zu richten hat, sondern vielmehr eine größere Schichtdicke als mit alleiniger Dispersionsabscheidung erreichbar gewünscht wird, können zunächst eine oder mehrere Schichten, welche sich auch in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden können, ohne darin dispergierte Teilchen nach herkömmlichen Verfahren auf die Oberfläche galvanisch oder auch außenstromlos abgeschieden werden. Dies kann auch aus technischen Gründen dann erforderlich werden, wenn z.B. eine aus Chrom bestehende Oberflächenschicht mit definierter Rauhtiefe erwünscht ist. Wie der Fachmann weiß, sind Chromschichten erst ab einer Schichtdicke von ca. 50 &mgr;m korrosionsfest.

Eine weitere Möglichkeit, zwei oder mehrere Schichten aufzutragen, besteht darin, zunächst mittels Dispersionsabscheidung eine Beschichtung aufzutragen, welche zunächst gezielt auf eine größere Rauhtiefe als gewünscht eingestellt wird, um darauf dann mittels einer gewöhnlichen Abscheidung ohne disperse Phase die zuerst mittels Dispersionabscheidung abgeschiedene Schicht mit größerer als erwünschter Rauhheit auf die gewünschte Rauhtiefe einzuebnen. Diese beiden Abscheidungsarten lassen sich in getrennten Bädern durchführen, was insbesondere dann angezeigt ist, wenn Schichtmatrices unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung erwünscht sind. Im Falle gleicher chemischer Zusammensetzung, wird vorzugsweise aus einem Bad abgeschieden, indem zunächst die Dispersionsabscheidung unter heftiger Agitation des Elektrolyten erfolgt, um die Teilchen optimal in Suspension zu halten. Sodann wird die Umwälzung des Elektrolyten so stark reduziert oder angehalten, dass sich die ursprünglich im Elektrolyten suspendierten Teilchen absetzen können. Darauf wird dann mit dem gleichen Elektrolyten eine nunmehr partikelfreie Schicht abgeschieden.